永磁同步电机凭借高效率、高功率密度、高控制性能等显著优点在船舶电力推进、航空航天、电动汽车等领域中广泛应用。为降低永磁同步电动机驱动系统的成本,提高系统的可靠性,拓宽永磁同步电机的应用场景,无位置传感器控制应运而生。然而,系统中各种扰动的存在导致了以下几个问题:反电势谐波或直流偏置等导致的角度误差波动问题、逆变器非线性等导致的电流波动问题、以及电流采样误差等导致的转速周期波动的问题。扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）对系统内外的不确定扰动都具有极强的估计能力,通过将其与永磁同步电机无位置传感器系统有机结合,突破上述核心难点具有重要意义。为了使永磁同步电机无位置传感器控制系统的分析和设计更具普适性,同时能够直观统一的体现旋转轴系下电流环以及静止轴系下反电势观测器的关系,建立了基于有效磁链概念的复矢量的永磁同步电机理想数学模型。根据ESO的总扰动思想,将系统非理想因素归纳为一种扰动。通过对扰动表现形式的推导和作用位置的分类,建立考虑扰动后的数学模型,使得消除扰动对无位置传感器控制系统的不利影响变得有章可循。传统的线性ESO仅使用积分来估计快速变化的反电势。由于缺少正弦信号的内模这一关键缺陷,导致线性ESO估计出的反电势存在相位、幅值误差;另外由于观测器的低通特性使得反电势中的直流分量轻易通过。这两方面最终均体现到角度误差上,严重影响无位置传感器控制系统的性能。针对这一问题,提出比例谐振控制器和线性ESO并行运行的策略,比例谐振控制器负责自适应无延迟的跟踪反电势,线性ESO负责补强抗直流扰动的能力。最后研究高频方波注入法和极性辨识方法,实现了无位置传感器系统的零速启动和全速域运行。永磁同步电机电流环作为系统内环,其鲁棒性、快速响应能力直接影响系统整体性能。针对传统电流环控制存在动态性和抗扰性难以兼顾的问题,设计基于线性ESO的自抗扰电流环。然而逆变器死区、磁通谐波等不利因素导致交直轴电流的6n次波动无法被线性ESO观测和补偿,最终通过转矩、转速和角度误差脉动表现出来,严重损害无位置传感器系统的效率、稳定性和控制精度。在此基础上,通过向原线性ESO中加入重复控制器,并使用Lagrange插值的方法对重复控制器的分数阶近似,提高需消除周期扰动频率的精度和增益。全面提升电流环周期/非周期扰动抑制的能力。考虑到永磁同步电机的转速环作为系统外环,直接受负载转矩的影响,其抗扰性能至关重要。锁相环是根据角度误差解算出无位置传感器控制算法蕴含的角度/角速度信息的最后一步,角度估计的快速性和精确性直接影响了矢量控制的效果和转矩的生成。根据二者均基于永磁同步电机机械方程这一特性,设计归一化三阶线性ESO,其同时具备转速环和锁相环的功能,和对非周期扰动的强力抑制能力。与电流环类似,电流采样误差和齿槽转矩等系统内部扰动主要影响于转速环中,表现为1、2次转速脉动。针对这一问题,在原观测器中嵌入了两个比例谐振控制器,增强周期信号的估计能力。最后,为了减少系统开销以及切换平稳,提出基于单观测器的切换控制策略。至此,基于ESO的全速域无位置传感器控制及抗扰系统全部完成构建。在2.2k W永磁同步电机对拖平台充分验证了以上算法的有效性。